Recientemente, el grupo de investigación de Li Chuanfeng y Zhou Zongquan, dirigido por el académico Guo Guangcan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, realizó un almacenamiento cuántico de fotones bajo demanda en la banda de comunicación basado en guías de ondas dopadas con erbio, lo cual es un paso importante hacia la construcción de redes cuánticas de fibra óptica a gran escala. Los resultados se publicaron recientemente en la revista académica internacional Physical Review Letters.
La memoria cuántica es el dispositivo central de la red cuántica. Mediante la lectura de fotones entrelazados bajo demanda, la pérdida exponencial en la transmisión de fibra óptica de larga distancia puede reducirse a pérdida polinomial. Para utilizar la red de fibra óptica existente para construir una red cuántica, la memoria cuántica debería funcionar en la banda de comunicación. El ion de erbio de tierras raras tiene una transición óptica única en la banda de comunicación y es un material candidato importante para realizar la memoria cuántica en la banda de comunicación. Sin embargo, el tiempo de lectura de la memoria cuántica existente en la banda de comunicación está preestablecido antes de que se escriba el fotón, y es imposible realizar una lectura bajo demanda.
El grupo de investigación de Li Chuanfeng y Zhou Zongquan procesó de forma independiente la guía de ondas ópticas en el cristal de silicato de itrio dopado con erbio utilizando tecnología de escritura directa con láser, y pegó e integró directamente fibras ópticas monomodo ordinarias en ambos extremos de la guía de ondas. Para lograr la lectura bajo demanda, el equipo de investigación utilizó además la tecnología de evaporación de electrones para procesar electrodos en el chip en ambos lados de la guía de ondas, a fin de utilizar el efecto Stark inducido por el campo eléctrico para controlar la evolución coherente de los iones de erbio en la guía de ondas en tiempo real. Al polarizar los espines electrónicos de los iones de erbio e inicializar sus estados de espín nuclear, la eficiencia de almacenamiento de fotones aumenta al 10,9 %, lo que representa una mejora 5-veces en comparación con el almacenamiento cuántico informado anteriormente para bandas de comunicación integradas. La fidelidad del almacenamiento cuántico bajo demanda regulado por el campo eléctrico alcanza el 98,3 por ciento, superando con creces el límite clásico teniendo en cuenta la eficiencia del almacenamiento y las estadísticas de fotones.
Este logro realiza almacenamiento cuántico bajo demanda en la banda de comunicación basado en iones de erbio, y este dispositivo integrado de fibra óptica se puede conectar directamente a la red de fibra óptica existente. En el campo de la comunicación clásica, la invención de los amplificadores de fibra dopada con erbio ha hecho realidad la comunicación por fibra óptica a larga distancia. De manera similar, el almacenamiento cuántico basado en iones de erbio también se puede usar para superar la pérdida exponencial en la comunicación cuántica de larga distancia, lo que hace posible que los iones de erbio se usen nuevamente en redes cuánticas. papel importante en la construcción.
Este logro fue muy elogiado por los revisores: "En comparación con el trabajo anterior, este trabajo ha logrado un progreso importante, especialmente en la unión directa de la fibra óptica a la guía de ondas ópticas, lo que permite un funcionamiento estable en un entorno de baja temperatura".